植物和動物的繁殖通常涉及直接添加。由于發(fā)現(xiàn)了有益的新特性 - 如抗旱或較大的水果 - 它們被添加到現(xiàn)有的珍貴品種中，通過雜交育種。但是，每隔一段時間，添加一個有益的新特性可能導致凈減法，因為過程深深地隱藏在現(xiàn)有和新添加的特征基礎(chǔ)的基因的相互作用中。

基因之間的相互作用- 正面和負面 - 稱為上位性(ep-i-STAY-sis)。今天，冷泉港實驗室(CSHL)的一個植物遺傳學家團隊在Cell上發(fā)表了一篇論文，展示如何將有益特性結(jié)合在一起會產(chǎn)生負面影響。他們在各種番茄植物中發(fā)現(xiàn)并剖析了一例負上位性病例。但他們也展示了如何利用這些知識從植物中獲得未開發(fā)的產(chǎn)量潛力。他們通過交叉繁殖植物標本來攜帶，這些標本攜帶負責陽性和陰性性狀的不同“劑量”的基因變體。

“我們的研究提供了第一個我們意識到馴化基因阻礙作物改良的例子，”負責該研究的CSHL副教授Zachary Lippman說。“這項工作說明了如何利用基因劑量來微調(diào)和改善主要產(chǎn)量性狀。它表明，通過鑒定和解剖植物和動物育種中負面上位性的類似病例，我們可能能夠打破農(nóng)業(yè)中現(xiàn)有的生產(chǎn)力障礙。 “

兩個突變的故事

幾乎所有今天種植的西紅柿 - 可能是你曾經(jīng)吃過的每一只西紅柿 - 帶有一種基因突變，這種突變可能發(fā)生在8,000到10，000年前，即農(nóng)業(yè)的曙光。這種古老的突變導致早期形式的馴化番茄植物生產(chǎn)水果，頂部有較大的綠葉葉片。我們永遠不會確定為什么古老的番茄種植者喜歡他們的西紅柿有更大的帽子，但我們確實知道他們選擇了這樣的植物，然后越過它們，使得這種特性成為大多數(shù)現(xiàn)代番茄品種的基因組的一部分。

李普曼團隊追蹤的第二個突變是在二十世紀中期發(fā)現(xiàn)的，這個突變是在坎貝爾湯公司擁有的一塊土地上種植的。第二次突變引起了兩次戲劇性的變化 被稱為無關(guān)的，新突變的基因改變了莖中的肘狀彎曲，導致植物的花 - 一種稱為離體區(qū)的天然關(guān)節(jié)。這些突變的番茄植物，如“無關(guān)節(jié)”所暗示的，沒有關(guān)節(jié)。對于工業(yè)種植者而言，這是一個很好的特征，他們在戰(zhàn)后期間想用機械采摘器收獲水果。收割機(機械或人工)更容易在無縫品種中將番茄與葡萄藤完全分離，因為莖中的肘部消失，果實頂部的綠色蓋子仍留在植物上。當西紅柿被挑選時被扔進容器中時，那些帶有蓋子和殘留莖干的東西經(jīng)常刺穿附近的其他西紅柿。所以種植者喜歡無縫，飼養(yǎng)者試圖立即開發(fā)它。

但是，擴大綠色帽子的古老突變阻止了無關(guān)節(jié)的輕松采用。由于育種者和種植者不知道的原因，直到CSHL新發(fā)表的研究才知道，無縫植物經(jīng)常有太多的花枝，稱為花序。

“你會認為 - 正確 - 更多的花序分枝意味著更多的花朵，”Lippman說，“事實上，這是獲得更多產(chǎn)量的一種方法。但只有一點。如果番茄或任何其他植物生產(chǎn)過多的花，植物沒有足夠的資源將所有花朵變成水果。結(jié)果實際上是生育力下降。“

商業(yè)育種者最終找到了一種方法來抵消不需要的分枝，這使他們能夠利用產(chǎn)生無關(guān)莖的突變。結(jié)果是花序的形狀以任何在藤蔓上見過西紅柿的人都熟悉的方式。水果懸掛在單莖上，呈線性鋸齒形排列。

扭轉(zhuǎn)負面基因相互作用

“我們的團隊希望更好地理解花序分枝和產(chǎn)量之間關(guān)系的遺傳基礎(chǔ)，”Lippman解釋說。他們推斷，通過了解負責分枝和開花的基因的相互作用，“在無縫的情況下，我們可能會提出一個更平衡的版本 - 一個可以分支一點的版本。弱分支意味著更多的鮮花和水果，同時不會使植物負擔過重。產(chǎn)量會增加。“這正是他和同事們成功做到的。他們的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：認識到在大多數(shù)現(xiàn)代番茄植物中產(chǎn)生較大綠色帽的古老突變與幾十年前在Campbell Soup領(lǐng)域首次注意到的關(guān)節(jié)突變相互作用。Lippman說，這種相互作用是“消極上位性”的一個有說服力的例子 - “兩個突變的案例，一個是古代的，一個是近期的，當它們被選中時都被認為是有益的，當放置在同一個植物中??時會產(chǎn)生負面影響。”

通過完全否定無關(guān)節(jié)所帶來的特性- 這是一種不必要的 - 分支爆炸 - “我們認為育種者錯過了一些重要的產(chǎn)量潛力。” 該團隊能夠通過調(diào)整負責綠帽大小的基因的“劑量”來捕獲和利用這種潛力。與商業(yè)種植者一樣，不是將其對分枝的影響歸零，而是能夠與攜帶不同版本(稱為等位基因)的變體進行遺傳雜交，因此只能表達其分支能力的一小部分。

結(jié)果是一種弱分枝的番茄品種，也是無縫的，因此易于收獲。然而，他們也有更多的成果，僅僅是因為他們只開發(fā)了更多的枝和花。

Lippman說，這種識別，中和和潛在利用負上位性的策略可能有助于改善其他作物，也可能是馴養(yǎng)的動物，其中可能存在更多隱藏的基因相互作用，而不明顯的負面影響阻礙了繁殖者和農(nóng)民實現(xiàn)其充分遺傳潛力。

“繞過在由馴化基因征收番茄產(chǎn)量負上位”出現(xiàn)在網(wǎng)上細胞月18日，2017年的作者是：塞巴斯蒂安Soyk，扎卡里·H.·萊蒙，馬坦Oved的，約瑟夫·費雪，凱蒂L. Liberatore，不久居公園， Anna Goren，Ke Jiang，Alexis Ramos，Esther van der Knaap，Joyce Van Eck，Dani Zamir，Yuval Eshed和Zachary B. Lippman。